Initiation à la mécanique

Cette page regroupe bientôt des concepts de base pour les débutants, un peu comme dans la section "Electronique".

Notions théoriques

Accélération

Cette grandeur quantifie la variation de vitesse dans le temps d'un objet (étant ainsi la dérivée temporelle de la vitesse.

a = dv/dt [m/s²]

Couple

Effort qui fait tourner les corps. On peut par exemple penser à une corde enroulée à une poulie et qui a à une extrémité une masse. Il se mesure en Newton mètre (N.m) et est une donnée importante pour un moteur.

Cotation

Indication sur une mise en plan. Elle peut concerner la longueur d'une pièce, le diamètre d'un trou, l'angle entre deux parties, …

Deuxième loi de Newton

En translation

Σ(F) = d(mv)/dt = ma si la masse reste constante.
F: force [N]
m: masse [kg]
v: vitesse [m/s]
a: accélération [m.s-2]

En rotation

Σ(C) = JdΩ / dt
C: moment [N.m]
J: moment d'inertie [kg.m2]
Ω: vitesse angulaire [rad/s]

Force

Effort qui fait bouger les pièces en translation (comme on le pense normalement 8-) ). Elle se mesure en Newton (N). Exemple: le poids d'un objet de 1 kg est presque égal à 10 N.

Frottement

Force qui s'oppose au mouvement d'une pièce. Il peut être sec (mouvement de translation d'une pièce sur le sol) ou visqueux (pièce en mouvement dans un fluide comme l'air) et il est souvent proportionnel à la vitesse.

Jeu

Mouvements parasites dus à l'imperfection des liaisons entre pièces.

Tolérance

Pour une cotation, intervalle dans lequel la pièce marche encore (par exemple 50-0,5+0,2 indique une cotation qui doit être comprise entre 49,5 et 50,2). Elle doit être indiquée sur toute mise en plan (surtout si la pièce doit être usinée).

Vitesse

Cette grandeur mesure de combien l'objet a changé de position dans un temps donné. Elle est donc la dérivée de la position. Si l'on ne précise pas, la vitesse est normalement celle de mouvement (celle de rotation de l'objet sur lui-même étant appelée vitesse angulaire).

v = d(x,y,z) / dt dans un espace à 3 dimensions [m/s]
ω = dθ / dt [rad/s]

Conversion des vitesses angulaires

60 trs/min = 1 trs/s = 2π rad/s

Composantes de base

Arbre

Pour faire (très) simple, un cylindre qui sort de la pièce.

Alésage

Pour faire (très) simple, un trou dans une pièce.

Circlip

Aussi appelé anneau élastique, cet élément permet de bloquer en rotation un arbre dans un alésage, si inséré dans une gorge. Des pinces spécifiques permettent de les monter et démonter facilement.

 Circlip

Clavette

Élément qui sert à bloquer la rotation entre deux pièces. Elle peut être montée et démontée en translation.

 Deux clavettes.

 Schéma de montage d'une clavette.

Clou

Élément pour faire un encastrement (difficilement) démontable entre deux pièces en bois. On les pose avec un marteau.

 Clou

Codeuse

Dispositif électrique souvent relié à une roue qui envoie N impulsions quand la roue a fait un tour. Très utile pour déterminer la position d'un engin roulant.

Collier de serrage

Élément qui permet de serrer deux pièces rondes en serrant une vis. Ce montage est très utilisé pour connecter solidement deux tuyaux (durits dans la voiture, …)

 Collier de serrage avec vis.

Courroie

Bande flexible, avec souvent des dents sur sa face interne, qui est utilisée pour transmettre un mouvement de rotation en association avec les poulies.

 Courroie avec poulies

Coussinet

Élément qui se place entre l'arbre et l'alésage pour réduire à la fois les frottements et l'usure sur les pièces.

 Coussinet

Écrou

Élément qui peut tourner à l’extérieur d'une vis grâce à une clé à molette. Le montage ainsi défini est un boulon.

 Écrou

Engrenage

Pièces tournantes qu s’imbriquent entre elles. Si un a Z1 dents et l'autre Z2 dents, alors le premier tourne à une vitesse ω1 = ω2 Z2/Z1. Les formes les plus courantes sont les droits (simples à faire) et les coniques (adaptés pour transmettre le mouvement entre deux plans différents).

 Engrenages droits.

 Engrenages coniques.

Glissière

Système pour contraindre une pièce à pouvoir seulement translater dans une direction par rapport à une autre.

Goupille

Élément qui permet de former une liaison encastrement démontable entre deux pièces percées.

 Goupille β.

 Goupille cylindrique.

Moteur

Système qui convertit une source d'énergie (essence, tension, ressort, …) en un mouvement de rotation.

Piston

Système qui fournit un mouvement de translation (à partir d'air comprimé, électricité, …).

Poulie

Pièce cylindrique qui permet de transmettre un mouvement de rotation si associée avec des courroies.

Ressort

Élément élastique qui donne un effort directement proportionnel à sa déformation. Ils peuvent être séparés en ressorts de compression (pour lesquels la force dépend de sa compression/dilatation) et en ressorts de torsion (pour lesquels c'est le couple qui agit).  Ressort.

 Ressort de torsion

Rondelle

Pièce en forme d'anneau qui se place entre une tête de vis et la surface à visser. Elle permet de réduire les frottements et l'usure sur la surface, ainsi que d'avoir un montage plus solide.

 Rondelle.

Roulement à billes

Système pour réduire les frottements d'un arbre en rotation à l'intérieur d'un alésage.

 Roulement à billes.

Vis

Élément pour réaliser une liaison encastrement démontable entre deux pièces. On insère une tige filetée dans un trou au profil adapté (avec un taraud) soit avec un tournevis, soit avec une clé à molette.  Vis pour des pièces en bois.

 Différents types de têtes de vis. Les plus utilisées sont celles droites (a), celles à étoiles (b) et celles hexagonales (e), qui requièrent des clés Allen spécifiques.

 Vis CHC (cylindrique hexagonale creuse).

 Vis H (hexagonale).

Outils

CNC

Décapeur thermique

Appelé aussi heat gun (pistolet à chaleur), c'est un sèche-cheveux surdimensionné qui peut souffler de l'air à plusieurs centaines de degrés °C (évitez donc de le pointer vers un être vivant). Utilisé pour chauffer des objets (pour détacher leur peinture, faire rétracter des gaines thermo-rétractables, cuisiner des chamallows , ..)

 Décapeur thermique.

Étau

Outil utile pour immobiliser une pièce. Cela permet de la travailler plus précisément et plus surement, notamment avec la perceuse et la scie.

 Étau à fixer à une table.

Imprimante 3D

Lime à métaux

Longue bande en acier traité utilisée pour limer les objets (pour lisser leurs parois). Pour faire court, c'est une lime à ongles XXL à ne pas utiliser sur les ongles.

 Différents types de limes.

Perceuse

Outil pour percer des trous dans les objets. La dimension du trou dépend du foret utilisé, qui dépend lui-même du matériau à trouer. Il y en a de portables et de fixes (perceuses à colonne).

ATTENTION: si vous voulez percer certains matériaux, n'oubliez surtout pas de lubrifier le foret avec de l'huile!

 Perceuse portative.

 Perceuse à colonne.

 Forets pour perceuse.

Pied à coulisse

Instrument utilisé pour mesurer une longueur.

 Mesure d'une dimension avec un pied à coulisse.

Pince

Pistocolle

Appelé plus formellement pistolet à colle chaude, il chauffe des bâtonnets de colle pour la faire fondre et l'appliquer ensuite sur les pièces à coller.

 Pistocolle

Scie

Outil pour découper des plaques, composé d'une poignée et d'une longue bande de matériau dont le profil rappelle les 'dents de scie“ en mathématiques. Il y en a différents types, selon le matériau à couper (acier, plastique, bois, …).

 Scie à bois.

 Scie à métaux.

Tournevis

Tableau des liaisons

Toute liaison entre deux pièces peut être modélisée par l'une de ces liaisons idéales (sans frottement):

Nom de la liaison Degrés de liberté Translation Rotation
Axe X Axe Y Axe Z Axe X Axe Y Axe Z
Encastrement 0
Glissière sur l'axe Y 1 X
Pivot sur l'axe Z 1 X
Hélicoïdale d'axe X 1 1) X X
Pivot glissant d'axe Y 2 X X
Rotule à doigt avec l'axe Y bloqué 2 X X
Planaire sur le plan xOz 3 X X X
Rotule 3 X X X
Linéaire rectiligne d'axe X et normale Y 4 X X X X
Annulaire d'axe Z 4 X X X X
Ponctuelle d'axe X 5 X X X X X
Pas de liaison 6 X X X X X X
1)
La liaison hélicoïdale peut à la fois translater et tourner sur son axe, mais le déplacement et la rotation sont proportionnels, ce qui impose un seul degré de liberté